Суперсемейка или 5 самых мощных суперкомпьютеров мира

Топ-10 самых мощных суперкомпьютеров в 2022 году

Персональный компьютер или ноутбук можно встретить практически в каждом доме. Те, кто покупает передовые процессоры и видеочипы последних моделей, считают, что у них дома стоит самый мощный компьютер в мире, по крайней мере, по характеристикам. Однако персональным компьютерам ещё очень далеко до суперкомпьютеров. Вот где кроется истинная мощь! Эти машины — монстры титанических вычислений, способные обрабатывать квадриллион операций в секунду. Они кажутся чем-то далёким среднестатистическому жителю нашей планеты, хотя на самом деле мы очень часто сталкиваемся с результатами их работы. Начиная с возможности быстро находить информацию в Интернете и заканчивая разработкой новых медицинских препаратов и летательных транспортных средств, которыми мы все активно пользуемся…

Впервые термин «суперкомпьютеры» был использован в 60-х годах прошлого века. Это были основные вычислительные машины, применяемые для различных академических, правительственных и научных проектов США. В 90-е годы вовсю шла речь о «крахе суперкомпьютеров», поскольку многие компании ушли с этого рынка. Но, например, компания Cray, которая ещё с 60-х годов выпускала высокопроизводительные компьютеры, и до нашего времени продолжает свои разработки.

Изначально суперкомпьютеры служили в военных целях, с их помощью происходила разработка ядерного оружия. Сейчас они востребованы там, где используется компьютерное моделирование и требуется обработка огромных массивов данных в реальном времени. Если задача может быть решена методом перебора большого числа значений, такие устройства показывают высокую эффективность в её решении.

Суперкомпьютеры, или как их ещё называют, «числодробилки», в наше время используются в следующих науках и направлениях:

• биология;
• физика;
• метеорология;
• криптография;
• лингвистика;
• проектирование в машиностроении, строительстве, авиастроении;
• искусственные нейросети и искусственный интеллект и т.д.

Развитие информационных технологий и устройств со сверхвысокими вычислительными возможностями привело к появлению таких наук, как вычислительная химия, вычислительная лингвистика и др.

Благодаря эффективной работе самых мощных суперкомпьютеров в мире мы получаем точные прогнозы погоды и революционные медицинские возможности. В частности, возможность диагностирования и лечения рака . С их помощью удаётся быстро обрабатывать миллионы историй болезней и диагнозов, выявлять новые закономерности течения болезни, вследствие чего — создавать новые методики лечения. Расчёт огромного количества химических соединений позволяет создавать основу для производства инновационных медицинских препаратов.

Более стремительному развитию экстремально мощных компьютеров и системных блоков способствует диджитализация и эпоха цифровой экономики. На разработку и создание суперкомпьютеров выделяются многомиллионные суммы, вследствие чего производительность таких машин заметно возрастает с каждым годом.

Почему же день компьютерщика отмечается 14 февраля?

14 февраля, в 1946 году, в Америке был впервые презентован ENIAC I — первый реально работающий на практических задачах электронный компьютер.

Конечно же вычислительные машины создавались и ранее, но все они были лишь экспериментальными вариантами, не приносящими практической пользы. А вот ENIAC I стал прародителем нынешнего современного компьютера, которым сегодня пользуется почти каждый житель планеты.

Интересно, что изменение от ЭВМ до современных компьютеров произошло буквально полвека назад. Практически на наших глазах громоздкие машины, призванные на военную секретную службу, превратились в невесомые ноутбуки, с которыми управляются даже дети. И в суперкомпьютеры, на разработку которых выделяются многомиллионные суммы, вследствие чего производительность таких машин заметно возрастает с каждым годом. О них сейчас и пойдёт речь.

K Computer – 10,5 Пфлоп/сек

Особенность этого суперкомпьютера кроется в его названии, которое происходит от японского слова «кэй» и означает 10 квадриллионов. Примерно в эту цифру упирается производительная мощность K Computer – 10,5 петафлопс. Специфика этой техники заключается также в том, что система использует водяное охлаждение, что позволяет значительно снизить потребление энергии и снизить скорость компоновки.

Японская компания Fujitsu, которая также занималась разработкой K Computer, о котором упоминалось ранее, создала суперкомпьютер нового поколения (поколения Knights Landing). Проект был выполнен по заказу Токийского и Цукубского университетов. Несмотря на то, что изначально планировалось оснастить компьютер памятью в 900 Тбайт и производительностью в 25 квадриллионов операций, вычислительная мощность его составляет 13,6 петафлопс/c.

10 самых дорогих суперкомпьютеров, которые поражают своей мощностью

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Первый суперкомпьютер Atlas появился в начале 60-х годов и был установлен в Манчестерском университете. Он был в разы менее мощный, чем современные домашние компьютеры. В нашем обзоре собрана «десятка» самых мощных в истории суперкомпьютеров. Правда в связи с быстро развивающимися в этой сфере технологиями устаревают эти мощные машины в среднем за 5 лет..

Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах — единице измерения, показывающей, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет компьютер. Сегодня речь пойдет о десяти самых дорогих современных суперкомпьютерах.

1. IBM Roadrunner (США)

$ 130 млн
Roadrunner был построен IBM в 2008 году для Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США). Он стал первым в мире компьютером, чья средняя рабочая производительность превысила 1 петафлопс. При этом он был рассчитан на максимальную производительность в 1,7 петафлопса. Согласно списка Supermicro Green500, в 2008 году Roadrunner был четвертым по энергоэффективности суперкомпьютером в мире. Списан Roadrunner был 31 марта 2013 года, после чего его заменили меньшим по размерам и более энергоэффективным суперкомпьютером под названием Cielo.

2. Vulcan BlueGene/Q (США)

$ 100 млн
Vulcan – суперкомпьютер, состоящий из 24 отдельных блоков-стоек, который был создан IBM для Министерства энергетики и установлен в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, штат Калифорния. Он имеет пиковую производительность в 5 петафлопсов и в настоящее время является девятым по скорости суперкомпьютером в мире. Vulcan вступил в строй в 2013 году и сейчас используется Ливерморской национальной лабораторией для исследований в области биологии, физики плазмы, климатических именений, молекулярных систем и т. д.

3. SuperMUC (Германия)

$ 111 млн
SuperMUC в настоящее время является 14-м по скорости суперкомпьютером в мире. В 2013 году он был 10-м, но развитие технологий не стоит на месте. Тем не менее, он в данный момент является вторым по скорости суперкомпьютером в Германии. SuperMUC находится в ведении Лейбницкого суперкомпьютерного центра при Баварской академии наук рядом с Мюнхеном.

Система была создана IBM, работает на оболочке Linux, содержит более 19000 процессоров Intel и Westmere-EX, а также имеет пиковую производительность чуть более 3 петафлопсов. SuperMUC используется европейскими исследователями в областях медицины, астрофизики, квантовой хромодинамики, вычислительной гидродинамики, вычислительной химии, анализа генома и моделирования землетрясений.

4. Trinity (США)

$ 174 млн
Можно было бы ожидать, что подобный суперкомпьютер (учитывая то, для чего он строится) должен быть безумно дорогим, но благодаря развитию технологий стало возможным удешевление цены Trinity. Правительство США собирается использовать Trinity для того, чтобы поддерживать эффективность и безопасность ядерного арсенала Америки.

Trinity, который строится в настоящее время, станет совместным проектом Сандийской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Национальной администрации по ядерной безопасности.

5. Sequoia BlueGene/Q (США)

$ 250 млн
Суперкомпьютер Sequoia класса BlueGene/Q был разработан IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности, в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных. Он был запущен в эксплуатацию в июне 2012 года в Ливерморской национальной лаборатории и стал на тот момент самым быстрым суперкомпьютером в мире. Сейчас он занимает третье место в мире по скорости (теоретический пик производительности Sequoia — 20 петафлопсов или 20 триллионов вычислений в секунду).

Стабильно компьютер работает при 10 петафлопсах. Используется Sequoia для поддержки различных научных приложений, изучения астрономии, энергетики, человеческого генома, изменения климата и разработки ядерного оружия.

6. ASC Purple и BlueGene / L (США)

$ 290 млн
Эти два суперкомпьютера работали вместе. Они были построены IBM и установлены в 2005 году в Ливерморской национальной лаборатории. Из эксплуатации они были выведены в 2010 году. На момент создания ASC Purple занимал 66-е место по скорости в списке топ-500 суперкомпьютеров, а BlueGene / L был предыдущим поколением модели BlueGene / Q.

ASCI Purple был построен для пятого этапа программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Министерства энергетики США, а также Национальной администрации по ядерной безопасности. Его целью являлась симуляция и замена реальных испытаний оружия массового уничтожения. BlueGene/L использовали для прогнозирования глобального изменения климата.

7. Sierra и Summit (США)

$ 325 млн
Nvidia и IBM скоро помогут Америке вернуть лидирующие позиции в области сверхскоростных суперкомпьютерных технологий, научных исследований, а также экономической и национальной безопасности. Оба компьютера будут закончены в 2017 году.

В настоящее время самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2, который способен достигнуть мощности в 55 петафлопсов, что в два раза больше, чем устройство, находящееся на втором месте в списке. Sierra будет выдавать более чем 100 петафлопсов, в то время как Summit сможет развить 300 петафлопсов.

Sierra, которая будет установлена в Ливерморской национальной лаборатории, будет обеспечивать безопасность и эффективность ядерной программы страны. Summit заменит устаревший суперкомпьютер Titan в национальной лаборатории Oak Ridge и будет предназначаться для тестирования и поддержки научных приложений по всему миру.

8. Tianhe-2 (Китай)

$ 390 млн
Китайский Tianhe-2 (что переводится как «Млечный путь-2») является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Компьютер, разработанный командой из 1300 ученых и инженеров, находится в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Он был построен китайским Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая. Tianhe-2 способен выполнять 33 860 триллионов вычислений в секунду. К примеру, один час расчетов суперкомпьютера эквивалентен 1000 годам работы 1,3 миллиарда человек. Используется машина для моделирования и анализа правительственных систем безопасности.

9. Earth Simulator (Япония)

$ 500 млн
«Симулятор Земли» был разработан японским правительством еще в 1997 году. Стоимость проекта составляет 60 млрд иен или примерно $ 500 млн. Earth Simulator был завершен в 2002 году для агентства аэрокосмических исследований Японии, Японского научно-исследовательского института по атомной энергии и Японского центра морских и наземных исследований и технологий.

ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 годы, а служит он и поныне для работы с глобальными климатическими моделями, для оценки последствий глобального потепления и оценки проблем геофизики коры Земли.

10. Fujitsu K (Япония)

$ 1,2 млрд
Самый дорогой в мире суперкомпьютер всего лишь четвертый по скорости в мире (11 петафлопсов). В 2011 году он был самым быстрым суперкомпьютером в мире. Fujitsu K, расположенный в Институте передовых вычислительных технологий RIKEN, примерно в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator. На его обслуживание уходит порядка $ 10 млн в год, а использует суперкомпьютер 9,89 МВт (сколько электроэнергии используют 10 000 загородных домов или один миллион персональных компьютеров).

Стоит отметить, что современные учёные шагнули так далеко, что уже появились 10 современных технологий, которые способны превратить человека в киборга .

SpiNNaker

Созданный Манчестерским университетом суперкомпьютер Spiking Neural Network Architecture (SpiNNaker) официально считается самой большой электронной системой, моделирующей работу человеческого мозга. Этот проект разрабатывался два десятилетия, еще 10 лет ушло на сборку, а финансовые затраты превысили 15 млн фунтов.

SpiNNaker впервые был запущен 2 ноября 2018 и его главным отличием от обычных компьютеров является то, что он не передает большие объемы информации из пункта А в пункт Б, а подражает архитектуре параллельной коммуникации мозга, посылая миллиарды малых объемов информации в тысячах различных направлений одновременно. В будущем создатели компьютера намерены смоделировать до миллиарда биологических нейронов в реальном времени. К примеру, мозг мыши состоит из 100 миллионов нейронов, в человеческом мозге их в 1000 раз больше. Но даже с одним миллиардом искусственных нейронов (1% от того количества, что находится в нашей голове) SpiNNaker поможет ученым лучше понять устройство человеческой ЦНС.

Sunway TaihuLight

Китайская СуперЭВМ удерживала лидирующую позицию в рейтинге TOP500 с 2016 до 2018 года. В соответствии с тестами LINPACK ее считали самым производительным суперкомпьютером, минимум в полтора раза превосходящим ближайшего конкурента и втрое опережающим самую производительную американскую модель Titan. Разработка и строительство вычислительной системы обошлось в 1,8 млрд. юаней или 270 млн долларов. Инвесторами проекта были правительство Китая, администрация китайской провинции Цзянсу и города Уси.

Суперкомпьютер потребляет 15,3 МВт электроэнергии и занимает площадь 605 кв.м. Расположен он на территории города Уси, в национальном суперкомпьютерном центре. Название модели дали в честь расположенного рядом озера Тайху, третьего по величине пресноводного водоема Китая.

Наличие в конструкции ЭВМ 41 тысячи процессоров SW26010 и 10,6 миллиона ядер позволяет ей проводить расчеты со скоростью 93 Пфлопс. Максимальная производительность – 125 Пфлопс. Переход на чипы китайского производства потребовал от разработчиков создания полностью новой системы. До этого предполагалось в 2 раза повысить производительность другой китайской СуперЭВМ Тяньхэ-2, но эти намерения пришлось изменить из-за проблем с поставками процессоров Intel из США.

Модель Sunway TaihuLight применяется для выполнения сложных вычислений в области медицины, горнодобывающей промышленности и производстве. С помощью вычислительной машины прогнозируют погоду, исследуют новые лекарства и анализируют «большие данные» – массивы информации, обработать которые не получится даже у самого мощного серийного компьютера.

Германия

Количество суперкомпьютеров : 16

Замыкает пятерку лидеров Германия с 16 суперкомпьютерами.

Самый мощный суперкомпьютер в стране — SuperMUC-NG , который занимает 9-е место в мировом рейтинге.

Согласно некоторым источникам он был пущен в работу в сентябре 2018 г.

Система построена из 6480 вычислительных узлов Lenovo ThinkSystem SD650 DWC на базе процессоров Intel Xeon Scalable.

Топ-10 суперкомпьютеров

Прежде чем рассказать про самый мощный вычислительный компьютер, который только существует в мире по состоянию на 2020 год, а также про его характеристики, нужно познакомиться ещё с 9 признанными лидерами. При этом своими характеристиками они уступают компьютеру, занявшему первую строчку рейтинга.

Соответственно, список будет идти от условного аутсайдера к мировому лидеру по мощности и производительности.

Piz Daint

Это разработка швейцарских специалистов.

Своё название суперкомпьютер получил в честь пика Данте, расположенного в швейцарских Альпах.

Вот несколько интересных фактов, связанных с этой разработкой:

• Оборудование располагается в специальном ИТ-центре в столице Швейцарии.
• Первый показ установки состоялся в конце 2012 года. Его создали на базе XC30. А затем добавили новую систему, названную в честь горы. Это было в 2013 году.
• Свою текущую мощность система получила лишь в 2016 году. Это произошло после серьёзного обновления. Помимо прочего, сюда установили специальные графические адаптеры, разработанные NVIDIA.
• До 2018 года Piz Daint был в топ-3 суперкомпьютеров в мире. Затем позиция изменилась до 5 места, а теперь и вовсе это граница топ-10.

До 2018 года на территории Европы не было ни одного конкурента, способного показать ту же мощность, что и эта система.

Marconi 100

Формируя рейтинг, где собраны самые мощные компьютеры в мире с мощнейшим оборудованием и вычислительным потенциалом, нельзя пройти мимо итальянской разработки.

Над этим проектом трудились представители 11 институтов и 69 итальянских университетов. В настоящее время Marconi 100 занимает 2 строчку среди европейских суперкомпьютеров. Но до лидера пока дотянуться не получается.

• Ключевым звеном в разработке проекта были специалисты компании IBM.
• Суперкомпьютер построен на базе технологии Power9. Плюс здесь задействовали графические адаптеры производства NVIDIA.
• Компьютер работает на благо итальянских и других европейских специалистов. Для этого разработали специальную систему распределения ресурсов.
• Разные организации получают право провести свои исследования и опыты, забронировав себе время.
• Главная задача системы заключается в решении сложных экономических и социальных современных проблем.
• Marconi 100 ждут серьёзные испытания с целью изучения климата, разработки новых лекарств и созданию альтернативных источников энергии.
• Marconi 100 позволяет моделировать влияние разных факторов на окружающую среду. Это позволяет добиться существенного прогресса в улучшении экологической ситуации в мире.

Это не игры запускать при самых высоких настройках графики. Это куда более полезные и важные для всего мира компьютеры.

Frontera

Американская разработка, над которой трудились специалисты Техасского центра передовых вычислений. Машина находится в Остине, в распоряжении местного университета.

Впервые об этом проекте стало известно лишь весной 2019 года. Уже тогда Frontera вышел на 5 место по мощности среди существующих суперкомпьютеров.

Ещё несколько интересных фактов касательно Frontera.

• Мощнейший суперкомпьютер создавался при непосредственном государственном финансировании из научного фонта.
• На разработку было выделено около 60 миллионов долларов. Все деньги направили в университет Остина.
• Непосредственное участие в создании супервычислительной машины принимали представители компаний Intel. IBM, NVIDIA и Dell EMC.
• Мощная система состоит более чем из 8000 узлов, и в каждом из них находятся 2 28-ядерных процессора Intel. Суммарно здесь 500 000 ядер.
• Для отвода тепла используется жидкостная система от CoolIT.

Selene

От тройки лидеров этот суперкомпьютер достаточно далеко по показателям мощности. Зато он один из лучших в плане энергоэффективности.

Поэтому тут стоит выделить такие характерные особенности:

• Показатель энергоэффективности составляет 20 Гигафлопс/Ватт. Это единственный суперкомпьютер в рейтинге с такими параметрами.
• Ключевым участником разработки системы считается компания NVIDIA.
• Устройство построено на базе процессоров NVIDIA A100. Они отличаются ускоренным процессом. Используется в создании искусственного интеллекта для моделирования сложных ситуаций и задач.

Во многом уникальный суперкомпьютер, поскольку создавали его специально для исследования нефтяных месторождений.

В роли заказчика выступила итальянская компания. Как ожидаемо, она специализируется на добыче газа и нефти.

• При заказе уже существовала модель HPC4, но у неё мощность была 18 Петафлопс. Этого было мало для заказчика.
• Некоторое время обе системы использовались параллельно.
• Разработчиком узлов суперкомпьютера выступали представители компании Dell.
• В общей сложности система состоит из более чем 1800 узлов с 2 24-ядерными процессорами в каждом из них. Здесь же располагается по 4 видеокарты. Их выпускает компания NVIDIA.
• Оборудование располагается на территории Green Data Center. Там ранее работал предшественник этого суперкомпьютера.

Стоит добавить, что заказчику удалось в полной мере окупить вложенные средства. Так что суперкомпьютер действительно сумел добиться серьёзных результатов.

Tianhe 2A

Топ-5 среди суперкомпьютеров открывает китайская разработка. Название переводится как «Млечный путь».

Работа над компьютером велась специалистами университета Народно-освободительной армии Китая при непосредственной поддержке со стороны компании Inspur.

• Изначально суперкомпьютер располагался на территории самого университета. Но потом его перевезли в специальный центр в городе Гуанчжоу.
• Сборка системы завершилась значительно раньше запланированных сроков.
• Первый показ вычислительной системы состоялся весной 2013 года. На тот момент это был мощнейший компьютер в мире.
• Затем лидерство было упущено. Чтобы вернуть себе утраченные позиции, разработчики обратились в Intel с целью повысить производительность почти в 2 раза.
• В США заподозрили, что китайцы разрабатывают ядерное оружие с помощью своего компьютера. А потому в 2015 году отказались поставлять комплектующие. Тем самым поднять мощность так и не получилось.

Sunway Taihu Light

В настоящее время этот суперкомпьютер находится на 4 строчке в мировом рейтинге по мощности и производительности.

Это также китайская разработка. Она считалась лучшей в течение нескольких лет. Но лидерство ушло от Sunway Taihu Light в 2018 году.

• Эта система входила в топ-3 по энергоэффективности в течение 3 лет, с 2016 до 2018 года.
• На разработку было потрачено около 2 миллиардов юаней. Это примерно 270 миллионов долларов.
• Это очередной государственный проект, поэтому финансирование было полностью от государства.
• Активно используется в сферах добычи нефтепродуктов, газа, медицине и пр.
• С помощью этой системы пытались научиться прогнозировать изменения погоды.

Располагается оборудование в городе Уси, провинция Цзянсу. Здесь построили специальный центр для него.

Sierra

Разработка американских специалистов, которая незначительно опережает суперкомпьютер из Китая, но всё же заслужено занимает 3 строчку рейтинга.

Второе название Sierra — это ATS2.

Созданием системы занимались специалисты из Ливерморской национальной лаборатории.

• В настоящее время система используется для управления ядерным вооружением США.
• По архитектуре этот суперкомпьютер во многом аналогичен системе Summit. Но её характеристики ещё лучше. А потому в рейтинге она расположилась выше.
• Основные компоненты поставляются компаниями NVIDIA и IBM.

Summit

Вплоть до середины 2019 года этот суперкомпьютер считался самым мощным в мире. Опять же, результат кропотливой работы американских специалистов.

Стартовал проект ещё в 2014 году, но закончить его удалось лишь в 2018 году. Сборку оборудования взяли на себя представители компании IBM.

• Внутри компьютера содержится 4608 узлов, 9216 22-ядерных процессоров и почти 27,7 тысяч видеокарт.
• Видеокарты разработаны компанией NVIDIA.
• Процессоры и серверные узлы изготовили в IBM.
• Здесь используется водяная система охлаждения. Через суперкомпьютер циркулирует около 15 000 литров очищенной воды.
• Расход электроэнергии равносилен 8 тысячам частных домов.

Fugaku

Сложно было представить, что показатели Summit удастся так быстро превзойти. Причём сразу в несколько раз.

Своё название Fugaku получила в честь горы Фудзи, поскольку это её второе название. Его можно встретить в основном в художественных произведениях.

Это японская разработка, представленная во второй половине 2019 года. С тех пор система удерживает лидерство среди суперкомпьютеров по показателям производительности.

• Здесь задействовано около 150 тысяч узлов.
• Суммарно используется примерно 300 тысяч процессоров.
• Применяются 24-ядерные процессоры.
• Точное число видеокарт официально не сообщается.
• Если нужно провести операцию с одинарной или меньшей точностью, тогда пик производительности составляет 1 экзафлопс. Недостижимое значение для конкурентов.
• Потребляется примерно в 3 раза больше электроэнергии, нежели Summit.
• Планируемой датой презентации был 2021 год. Но разработчики ускорились и представили проект раньше срока.
• Создание суперкомпьютера обошлось примерно в 1 миллиард долларов.

Отсюда становится понятно, почему лидер сменился.

Но важно понимать, что никто на достигнутом останавливаться не собирается. Уже сейчас ведётся работа над новыми проектами суперкомпьютеров. А потому не исключено, что уже через 1-2 года лидер поменяется в очередной раз. И какая производительность окажется у нового фаворита, сложно прогнозировать.

Много ли вы слышали о суперкомпьютерах? О каких достижениях знаете, где непосредственное участие принимали подобные машины?

Делитесь своими впечатлениями и познаниями в этой сфере. Подписывайтесь, оставляйте комментарии и задавайте актуальные вопросы!